POLITECHNIKA

CZĘSTOCHOWSKA

WYDZIAŁ

BUDOWNICTWA

SAMODZIELNY ZAKŁAD

WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

L

ABORATORIUM

S

PRAWOZDANIE

N

R

III

T

EMAT

:

S

TATYCZNE PRÓBY TWARDOŚCI METALI

Krzysztof Komisarczuk

Rok II, Grupa dziekańska III

Rok akademicki 2011/2012

Studia stacjonarne

Twardość

To własność, którą nie można zdefiniować jednoznacznie. W różnych próbach, których celem

jest pomiar twardości, w rzeczywistości mierzy się różne własności. Próby te można

sklasyfikować w zależności od rodzaju oporu materiału, stawianego podczas próby. Są to:



statyczne próby twardości, podczas których opór materiału spowodowany działaniem
obciążenia statycznego jest związany z odkształceniem plastycznym,



dynamiczne próby twardości, podczas których opór materiału wywołany działaniem
obciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub sprężystym,



próby zarysowania, w których opór materiału jest związany z jego zarysowaniem,



próby twardości, o której decyduje ścieralność materiału.

Metody statyczne pomiaru twardości polegają na wciskaniu wgłębnika w badany materiał poza

granicę sprężystości, do spowodowania odkształceń trwałych. Są różne metody, które pozwalają

na pomiar twardości:

Próba twardości sposobem Brinella

Polega na wgniataniu kulki stalowej określonej średnicy D w płaską powierzchnię metalu pod
określonym obciążeniem P. Im twardszy jest materiał badany, tym większy stawia on opór i tym
mniejszy uzyskuje się odcisk po wciśnięciu kulki. Próby dokonuje się na twardościomierzu
Brinella, stosując kulki o średnicach 1, 2, 5, 10 mm i siłę nacisku w granicach 9,8÷29 420 N.

Średnicę próbki dobiera się w zależności od grubości badanego materiału, a wartość siły
obciążającej w zależności od rodzaju materiału i średnicy kulki. Twardość Brinella wyraża się
ilorazem siły działającej P do powierzchni czaszy Dh otrzymanego odcisku:

Po wykonaniu odcisku mierzy się jego średnicę za pomocą lupy pomiarowej i z odpowiednich
tabel odczytuje się twardość Brinnela, oznaczoną HB.
Metoda ta nadaje się do badania metali i stopów nieżelaznych, żeliwa i stali nieutwardzonej.
Wadą tej metody jest mały zakres pomiarowy i duże rozmiary odcisku.

Skala twardości Brinella

o

HB

o

HB/30

o

HBW















2

mm

kG

Dh

P

HB



gdzie:

a) obciążenie próbki, b) odcisk

1 - penetrator (wgłębnik),

2 - siła obciążająca,

3 - próbka,

4 - odcisk

Próba twardości sposobem Rockwella

Polega na dwustopniowym wciskaniu w badaną próbkę metalu kulki stalowej lub stożka
diamentowego o kącie 120º. Próby dokonuje się na twardościomierzu Rockwella. Jeżeli pomiar
jest stosowany za pomocą kulki to twardość oznacza się symbolem HRB, jeżeli zaś stożka to
HRC.
Pomiar ten za pomocą stożka stosuje się do twardych metali i stopów, a zwłaszcza stali
utwardzanej cieplnie. Zaletą tej metody jest szybkość pomiarów i szeroki zakres pomiarowy.
Twardość jest zdefiniowana jako różnica umownej i rzeczywistej głębokości odcisku, mierzonej
przy wstępnym obciążeniu wgłębnika wynoszącym 10 kG. Przyjęto maksymalną głębokość
odcisku odpowiadającą twardości równej zeru, dla skali C = 0,20 mm; długość tą podzielono
na 100 jednostek. Dla skali B głębokość równą 0,26 mm i podzielono na 130 jednostek
Obciążenie wstępne ma za zadanie eliminację błędów wywołanych przyleganiem
nieobciążonego wgłębnika do powierzchni metalu i odkształcenie sprężystym. Pomiar
głębokości odcisku wykonany jest samoczynnie czujnikiem wbudowanym w twardościomierz i
wywzorcowanym w jednostkach odpowiedniej skali.

gdzie:

a) I faza pomiaru - zbliżenie próbki do wgłębnika,

b) II faza pomiaru - ustawienie obciążenia wstępnego,

c) III faza pomiaru - obciążenie całkowite,

d) VI faza pomiaru - usunięcie obciążenia pomiarowego (nadal pozostaje obciążenie wstępne) i
odczyt wyniku ze skali,

e) usunięcie obciążenia wstępnego i odsunięcie próbki od wgłębnika

Skala twardości Rockwella

o

HRA

o

HRB

o

HRC

o

HRD

o

HRE

o

HRF

o

HRN (Super-Rockwella)

o

HRT (Super-Rockwella

Próba twardości sposobem Vickersa

Polega na wciskaniu w badany materiał ostrosłupa diamentowego o podstawie kwadratowej i
kącie wierzchołkowym 136º. Na badanym materiale otrzymuje się odcisk o zarysie
kwadratowym, którego przekątną należy zmierzyć i zależnie od jej długości odczytać w tabeli
twardość Vickersa oznaczoną symbolem HV. Próby dokonuje się twardościomierzem Vickersa,
który jest przeważnie wyposażony w mikroskop pomiarowy do mierzenia przekątnej. Metoda ta
jest szczególnie przydatna do badania twardości bardzo cienkich warstw powierzchniowo
utwardzonej stali. Zaletą tej metody jest duża dokładność, szeroki zakres pomiarowy i
minimalne obciążenie wgłębnika.

gdzie:

a) obciążenie próbki, b) odcisk

1 - penetrator (wgłębnik),

2 - siła obciążająca,

3 - próbka,

4 - odcisk

Skala twardości Vickersa

o

HV

o

MHV (Mikro-Vickersa)

Literatura:

1. Marek Blicharski, Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, Warszawa 1998

[2]. strona internetowa:
http://ultra.ap.krakow.pl/~kmr/Na_o_mat.htm#1.%20Pomiary%20twardości

3. strona internetowa: http://www.stale-metale.pl/twardosc.html